(57)【要約】  タービンエンジン（１０）と共に使用するための冷却システム（１００）。本システムは、内部に冷却流体を貯蔵するように構成された冷却剤リザーバ（１０２）と、冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通して結合された冷却装置（１０４）とを含み、冷却装置（１０４）は、タービンエンジン（１０）の被加熱構成要素を冷却流体によって冷却するように構成されている。システムは、冷却剤リザーバ（１０２）から冷却装置（１０４）に向かう冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブ（１０８）と、第１のバルブ（１０８）と通信するように結合されたコントローラ（１１２）とをさらに含む。コントローラ（１１２）は、タービンエンジン（１０）の運転状態を監視し、冷却流体が、被加熱構成要素を冷却するように、タービンエンジン（１０）が停止された後に第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１０）と共に使用するための冷却システム（１００、１１４）であって、
内部に冷却流体を貯蔵するように構成された冷却剤リザーバ（１０２）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通して結合された冷却装置（１０４）であり、前記冷却装置（１０４）は、前記タービンエンジン（１０）の被加熱構成要素を前記冷却流体によって冷却するように構成されている、冷却装置（１０４）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）から前記冷却装置（１０４）に向かう前記冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブ（１０８）と、
前記第１のバルブ（１０８）と通信するように結合されたコントローラ（１１２）と
を備え、前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の運転状態を監視し、
前記冷却流体が、前記被加熱構成要素を冷却するように、前記タービンエンジン（１０）が停止された後に前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、冷却システム（１００、１１４）。
【請求項２】
前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の回転速度が低減したとき、前記タービンエンジン（１０）が完全停止コマンドを受信した後の所定の時点、または、前記タービンエンジン（１０）内の温度が閾値よりも大きくなったときのうちの１つにおいて、前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、請求項１に記載のシステム（１００、１１４）。
【請求項３】
前記冷却剤リザーバ（１０２）の上流に位置決めされた第２のバルブ（１１０）をさらに備え、前記コントローラ（１１２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体が供給されるように、前記タービンエンジン（１０）が停止する前に前記第２のバルブ（１１０）を作動させて開位置にするようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム（１００、１１４）。
【請求項４】
前記システム（１００、１１４）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通するように結合された空気分離ユニット（１１８）をさらに備え、前記空気分離ユニット（１１８）は、空気流を受け取り、空気の少なくとも１つの成分を分離して前記冷却流体を形成し、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体を供給するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１００、１１４）。
【請求項５】
前記空気分離ユニット（１１８）は、前記空気から窒素または二酸化炭素の少なくとも１つを分離するように構成されている、請求項４に記載のシステム（１００、１１４）。
【請求項６】
前記冷却剤リザーバ（１０２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）内の前記冷却流体の圧力を増加させるように構成された圧縮装置（１２２）を備える、請求項１に記載のシステム（１００、１１４）。
【請求項７】
タービンエンジン（１０）であって、
冷却流体源（１０６、１１６）と、
前記冷却流体源（１０６、１１６）と流体連通するように結合されている冷却剤リザーバ（１０２）であり、前記冷却剤リザーバ（１０２）は、内部に冷却流体を貯蔵するように構成されている、冷却剤リザーバ（１０２）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通して結合された冷却装置（１０４）であり、前記冷却装置（１０４）は、前記タービンエンジン（１０）の被加熱構成要素を前記冷却流体によって冷却するように構成されている、冷却装置（１０４）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）から前記冷却装置（１０４）に向かう前記冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブ（１０８）と、
前記第１のバルブ（１０８）と通信するように結合されたコントローラ（１１２）と
を備え、前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の運転状態を監視し、
前記冷却流体が、前記被加熱構成要素を冷却するように、前記タービンエンジン（１０）が停止された後に前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、タービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記冷却流体源（１０６、１１６）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）に向かってブリード空気を流すように構成された圧縮機アセンブリ（１４、１６）を備える、請求項７に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記冷却流体源（１０６、１１６）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）および前記圧縮機アセンブリ（１４、１６）と流体連通するように結合された空気分離ユニット（１１８）をさらに備え、前記空気分離ユニット（１１８）は、前記圧縮機アセンブリ（１４、１６）から前記ブリード空気流を受け取り、空気の少なくとも１つの成分を分離して前記冷却流体を形成し、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体を供給するように構成されている、請求項８に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記空気分離ユニット（１１８）は、前記ブリード空気から窒素または二酸化炭素の少なくとも１つを分離するように構成されている、請求項９に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の回転速度が低減したとき、前記タービンエンジン（１０）が完全停止コマンドを受信した後の所定の時点、または、前記タービンエンジン（１０）内の温度が閾値よりも大きくなったときのうちの１つにおいて、前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、請求項７に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記冷却剤リザーバ（１０２）の上流に位置決めされた第２のバルブ（１１０）をさらに備え、前記コントローラ（１１２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体が供給されるように、前記タービンエンジン（１０）が停止する前に前記第２のバルブ（１１０）を作動させて開位置にするようにさらに構成されている、請求項７に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記冷却剤リザーバ（１０２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）内の前記冷却流体の圧力を増加させるように構成された圧縮装置（１２２）を備える、請求項７に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記タービンエンジン（１０）は、前記圧縮装置（１２２）と流体連通して結合された燃料供給ライン（１２８）を備える燃料供給システム（１２４）をさらに備え、前記燃料供給ライン（１２８）は、前記圧縮装置（１２２）を加圧するように構成されている、請求項１３に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記タービンエンジン（１０）が停止した後に、前記タービンエンジン（１０）の燃料マニホールド（１３０）から燃料を受け取るように構成された排出物リザーバ（１３２）をさらに備え、前記冷却装置（１０４）は、前記冷却流体を用いて前記排出物リザーバ（１３２）を冷却するように構成されている、請求項７に記載のタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にタービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエンジンのための停止後冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンエンジンなどのタービンエンジンは、限定ではないが、始動からアイドルまでの速度、暖機運転、離陸、上昇、巡航のためのより高い出力および速度への加速、降下、着陸および陸上走行のためのより低い速度および出力への減速、ならびにクールダウンを含む、様々な異なる段階を経験する。タービンエンジンは、タービンエンジンが取り付けられている航空機の用途に応じて、１日に数回、異なる動作段階を繰り返す場合がある。例えば、商業用旅客機は、通常、乗客が航空機から降りる際に、フライト間でエンジンを停止させる。停止時に、タービンエンジン内の残留熱により、タービンエンジン内に熱的ホットスポットおよび温度勾配が形成される可能性がある。熱的ホットスポットおよび温度勾配は、停止後にタービンエンジンに残る燃料および油などの流体の劣化およびコークス化をもたらす可能性がある。さらに、残留熱によって引き起こされる熱変形は、エンジン始動中のタービンエンジンの回転構成要素と静止構成要素との間の接触に関連する損傷をもたらし、それによってタービンエンジンの耐用年数、性能および操作性を低下させる可能性がある。さらに、特別な始動手順またはエンジン始動遅延が接触に関連する損傷を減らすために実施されることがあり、これによって始動時間が長くなり、フライト間の遅延が発生する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１１６１８５号パンフレット
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、タービンエンジンと共に使用するための冷却システムが提供される。本システムは、内部に冷却流体を貯蔵するように構成された冷却剤リザーバと、冷却剤リザーバと流体連通して結合された冷却装置とを含み、冷却装置は、タービンエンジンの被加熱構成要素を冷却流体によって冷却するように構成されている。システムは、冷却剤リザーバから冷却装置に向かう冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブと、第１のバルブと通信するように結合されたコントローラとをさらに含む。コントローラは、タービンエンジンの運転状態を監視し、冷却流体が、被加熱構成要素を冷却するように、タービンエンジンが停止された後に第１のバルブを作動させて開位置にするように構成される。
【０００５】
別の態様では、タービンエンジンが提供される。タービンエンジンは、冷却流体源と、内部に冷却流体を貯蔵するように構成された冷却剤リザーバと、冷却剤リザーバと流体連通して結合された冷却装置とを含み、冷却装置は、タービンエンジンの被加熱構成要素を冷却流体によって冷却するように構成されている。システムは、冷却剤リザーバから冷却装置に向かう冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブと、第１のバルブと通信するように結合されたコントローラとをさらに含む。コントローラは、タービンエンジンの運転状態を監視し、冷却流体が、被加熱構成要素を冷却するように、タービンエンジンが停止された後に第１のバルブを作動させて開位置にするように構成される。
【０００６】
さらに別の態様では、タービンエンジンを冷却する方法が提供される。この方法は、タービンエンジンの運転状態を監視するステップと、タービンエンジンが停止した後に冷却剤リザーバに貯蔵された冷却流体を用いてタービンエンジンの被加熱構成要素を冷却するステップとを含む。
【０００７】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的なタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示すタービンエンジンと共に使用することができる例示的な冷却システムの概略図である。
【図３】図１に示すタービンエンジンと共に使用することができる代替的な冷却システムの概略図である。
【図４】図３に示す冷却システムと共に使用することができる例示的な圧縮装置の概略図である。
【図５】図１に示すタービンエンジンと共に使用することができる例示的な燃料供給システムの概略図である。
【０００９】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、これらは以下の意味を有すると規定する。
【００１１】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１２】
「任意選択の」または「任意選択的に」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１３】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似する文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲限界を組み合わせてもよいし、および／または置き換えてもよい。文脈または文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１４】
本明細書で用いる「軸方向の」および「軸方向に」という用語は、タービンエンジンの中心線に対して実質的に平行に延伸する方向および向きを指す。また、「半径方向の」および「半径方向に」という用語は、タービンエンジンの中心線に対して実質的に垂直に延伸する方向および向きを指す。さらに、本明細書で使用する「周方向の」および「周方向に」という用語は、タービンエンジンの中心線の周りに円弧状に延伸する方向および向きを指す。
【００１５】
本開示の実施形態は、タービンエンジンのための停止後冷却システムに関する。例示的な実施形態では、冷却システムは、内部に冷却流体を貯蔵するための冷却剤リザーバと、冷却流体を用いてタービンエンジンの被加熱構成要素を冷却するための冷却装置とを含む。システムは、タービンエンジンの運転状態に基づいて冷却サイクルを実行する。例えば、エンジンの停止前に、冷却剤リザーバに所定量の冷却流体が充填され、冷却流体はエンジン停止後に冷却装置に供給される。冷却流体は、冷却剤リザーバ内の冷却流体がその場で充填または補充されることができるように、タービンエンジン内部から導出される。次いで、冷却装置は、タービンエンジンの被加熱構成要素に対する、的を絞ったスポット冷却を可能にする。このように、タービンエンジンの冷却速度が制御され、これにより、エンジン始動時間、燃料および油のコークス化、ならびにタービンエンジンの被加熱構成要素に対する損傷が低減される。
【００１６】
以下の実施形態はターボファンエンジンに関して説明されているが、本明細書に記載のシステムおよび方法は、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン、ターボジェットエンジン、地上ベースのタービンエンジン、および、作動流体を圧縮し、停止後の冷却が所望される他の任意のタービンエンジンまたは機械にも適用可能であることを理解されたい。
【００１７】
図１は、ファンアセンブリ１２、低圧またはブースタ圧縮機アセンブリ１４、高圧圧縮機アセンブリ１６、および燃焼器アセンブリ１８を含む例示的なタービンエンジン１０の概略図である。ファンアセンブリ１２、ブースタ圧縮機アセンブリ１４、高圧圧縮機アセンブリ１６、および燃焼器アセンブリ１８は、流体連通して結合される。タービンエンジン１０はまた、燃焼器アセンブリ１８および低圧タービンアセンブリ２２と流体連通して結合された高圧タービンアセンブリ２０を含む。ファンアセンブリ１２は、ロータディスク２６から半径方向外側に延伸するファンブレード２４のアレイを含む。低圧タービンアセンブリ２２は、第１の駆動シャフト２８を介してファンアセンブリ１２およびブースタ圧縮機アセンブリ１４に結合され、高圧タービンアセンブリ２０は、第２の駆動シャフト３０を介して高圧圧縮機アセンブリ１６に結合される。タービンエンジン１０は、吸入口３２および排出口３４を有する。タービンエンジン１０は、ファンアセンブリ１２、ブースタ圧縮機アセンブリ１４、高圧圧縮機アセンブリ１６、ならびにタービンアセンブリ２０および２２がそれを中心として回転する中心線３６をさらに含む。
【００１８】
動作時には、吸入口３２を通ってタービンエンジン１０に入る空気が、ファンアセンブリ１２を通ってブースタ圧縮機アセンブリ１４に向かって導かれる。圧縮された空気は、ブースタ圧縮機アセンブリ１４から高圧圧縮機アセンブリ１６に向かって排出される。高度に圧縮された空気は、高圧圧縮機アセンブリ１６から燃焼器アセンブリ１８に向かって導かれ、燃料と混合されて、混合気が燃焼器アセンブリ１８内で燃焼される。燃焼器アセンブリ１８によって生成された高温の燃焼ガスは、タービンアセンブリ２０、２２に向かって導かれる。次いで、燃焼ガスは、排出口３４を介してタービンエンジン１０から排出される。
【００１９】
図２は、タービンエンジン１０と共に使用することができる例示的な冷却システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、冷却システム１００は、冷却剤リザーバ１０２と、冷却剤リザーバ１０２と連通するように結合された冷却装置１０４とを含む。冷却剤リザーバ１０２は、後で使用するために内部に冷却流体を貯蔵し、冷却装置１０４は、以下でより詳細に説明するように、エンジン停止後に冷却流体を用いてタービンエンジン１０の１つまたは複数の被加熱構成要素を冷却する。例示的なタービンエンジン１０の被加熱構成要素は、限定ではないが、適用できる場合、駆動シャフト２８および３０などのタービンエンジン１０の回転構成要素、タービンエンジン１０の電気構成要素、燃焼器アセンブリ１８の燃焼器ケースまたはライナ、燃料マニホールド、ギヤボックス、油溜め、エンジンフレーム、ケーシング、および燃料排出物リザーバを含む。
【００２０】
冷却装置１０４は、冷却流体とタービンエンジン１０の被加熱構成要素との間の熱伝達を促進することができる任意の装置として具現化することができる。一実施形態では、冷却装置１０４は、被加熱構成要素に直接衝突させるために冷却流体の流れを放出するスプレーシステムとして具現化される。代替的に、冷却装置１０４は、被加熱構成要素に直接結合されたヒートシンク装置として具現化される。ヒートシンク装置は、ヒートシンク装置を介して冷却流体と被加熱構成要素との間で熱が伝達されるように、冷却流体の流れを受ける配管を含む。
【００２１】
例示的な実施形態では、冷却剤リザーバ１０２は、冷却流体源１０６から冷却流体を受け取る。図２に示すように、冷却流体源１０６は、ブースタ圧縮機アセンブリ１４（図１に示す）のようなタービンエンジン１０の圧縮機アセンブリを含む。そのような実施形態では、冷却流体は、タービンエンジン１０の運転中に、ブースタ圧縮機アセンブリ１４から引き込まれるブリード空気である。別の実施形態では、冷却流体源は、内部に冷却流体を収容する、取り外し可能かつ選択的に交換可能なカートリッジまたはコンテナである。さらなる代替的な実施形態では、タービンエンジン１０が取り付けられている航空機が地上にあるときで、かつ離陸の前に、冷却剤リザーバ１０２が再充填される。
【００２２】
図示されているように、冷却剤リザーバ１０２は、冷却流体を内部に貯蔵する目的でタービンエンジン１０内に設置された容器である。代替的な実施形態では、冷却剤リザーバ１０２は、内部に冷却流体を受け入れるように構成された熱交換装置（図示せず）のような、タービンエンジン１０に搭載されている既存の構成要素である。このような実施形態では、熱交換装置は、ブースタ圧縮機アセンブリ１４から引き込まれるブリード空気を導くための吸入ラインと、（標準的な熱交換器動作のための）コールドリターンラインとして具現化される第１の排出ラインと、冷却装置１０４に向かって冷却流体を導くための第２の排出ラインとを含む。第１の排出ラインおよび第２の排出ラインに沿って結合されたバルブは、被加熱構成要素を冷却するためのタービンエンジン１０の動作状態に基づいて選択的に作動可能である。
【００２３】
冷却システム１００は、冷却システム１００を通って流れる冷却流体の流れを制御するための一連のバルブをさらに含む。例示的な実施形態では、第１のバルブ１０８が冷却剤リザーバ１０２と冷却装置１０４との間に位置決めされ、第２のバルブ１１０が冷却剤リザーバ１０２と冷却流体源１０６との間の冷却剤リザーバ１０２の上流に位置決めされる。第１のバルブ１０８および第２のバルブ１１０は、２位置バルブ（例えば、開閉することができるバルブ）である。代替的に、第１のバルブ１０８および第２のバルブ１１０は、全閉位置と全開位置との間の中間位置へと作動可能な多位置バルブである。
【００２４】
冷却システム１００はまた、有線または無線のいずれかの接続によって、第１のバルブ１０８および第２のバルブ１１０などの一連のバルブと通信するように結合されたコントローラ１１２を含む。一実施形態では、コントローラ１１２は、タービンエンジン１０に搭載され、全権能デジタルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ）システムとして具現化される。別の実施形態では、一連のバルブは、タービンエンジン１０が取り付けられた航空機（図示せず）に搭載されたコンピューティング装置によって制御される。さらに、別の実施形態では、一連のバルブは手動で制御されるか、またはタービンエンジン１０のシステムによって誘発される背圧によって閉じられ、システムが停止されるときに作動するばね負荷バルブである。
【００２５】
コントローラ１１２は、冷却システム１００の動作を制御するために、一連のバルブと通信するように結合される。コントローラ１１２は、プログラムされた命令を実行するためにメモリに結合されたハードウェアおよびソフトウェアを含むメモリおよびプロセッサを含む。プロセッサは、（例えば、マルチコア構成の）１つまたは複数の処理装置を含むことができ、および／または暗号処理アクセラレータ（図示せず）を含むことができる。コントローラ１１２は、メモリおよび／またはプロセッサをプログラムすることによって、本明細書に記載の１つまたは複数の動作を実行するようにプログラム可能である。例えば、プロセッサは、動作を実行可能命令として符号化し、実行可能命令をメモリに提供することによってプログラムすることができる。
【００２６】
プロセッサ、限定ではないが、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、オープンメディアアプリケーションプラットフォーム（ＯＭＡＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、および／または本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の他の回路もしくはプロセッサを含んでもよい。本明細書で説明する方法は、限定はしないが、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスを含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、プロセッサによって実行された場合に、本明細書に記載する機能の少なくとも一部をプロセッサに実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサという用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００２７】
メモリは、実行可能命令および／または他のデータのような情報が記憶および取り出されることを可能にする１つまたは複数のデバイスである。メモリは、限定はしないが、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ソリッドステートディスク、および／またはハードディスクのような、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。メモリは、限定ではないが、実行可能命令、オペレーティングシステム、アプリケーション、リソース、導入スクリプト、ならびに／または本明細書で説明される方法およびシステムと共に使用するのに適した任意の他のタイプのデータを格納するように構成されてもよい。
【００２８】
オペレーティングシステムおよびアプリケーションのための命令は、本明細書に記載された１つまたは複数のプロセスを実行するためのプロセッサによる実行のために、非一時的メモリ上に関数形式で配置される。異なる実施態様におけるこれらの命令は、フラッシュドライブおよび／またはサムドライブを含み得るがこれに限定されないコンピュータ可読媒体（図示せず）のような、異なる物理的または有形のコンピュータ可読媒体上に具体化されてもよい。さらに、命令は、限定ではないが、スマートメディア（ＳＭ）メモリ、コンパクトフラッシュ（ＣＦ）（登録商標）メモリ、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリ、メモリスティック（ＭＳ）メモリ、マルチメディアカード（ＭＭＣ）メモリ、内蔵マルチメディアカード（ｅ−ＭＭＣ）、およびマイクロドライブメモリを含んでもよい、非一時的コンピュータ可読媒体上に、関数形式で配置されてもよい。コンピュータ可読媒体は、プロセッサによるアクセスおよび／または実行を可能にするために、コントローラ１１２から選択的に挿入可能および／または取り外し可能であってもよい。別の実施態様では、コンピュータ可読媒体は取り外し可能ではない。
【００２９】
動作中、冷却システム１００は、タービンエンジン１０が取り付けられている航空機が飛行しているときに、ベースライン構成に設定される。ベースライン構成では、第１のバルブ１０８および第２のバルブ１１０が閉じられる。コントローラ１１２は、タービンエンジン１０の運転状態を監視し、タービンエンジン１０が停止する前のある時点で、コントローラ１１２は、冷却剤リザーバ１０２に冷却流体源１０６から導かれる冷却流体が供給されるように、第２のバルブ１１０に、作動して開位置になるように命令する。コントローラ１１２は、タービンエンジン１０の運転状態に基づいて、第２のバルブ１１０をいつ作動させて開位置にするべきかを決定する。例えば、一実施形態では、ブリード空気がタービンエンジン１０の他のサブシステムを冷却するために使用されていないとき（例えば、航空機の巡航中または降下中に）、コントローラ１１２は、第２のバルブ１１０に、作動して開位置になるように命令する。その後、コントローラ１１２は、冷却剤リザーバ１０２が所定量の冷却流体を充填されると、第２のバルブ１１０に、作動して閉位置になるように命令する。
【００３０】
上述したように、タービンエンジン１０内の残留熱は、エンジン停止後に熱的ホットスポットおよび温度勾配を内部に生成する可能性がある。このように、コントローラ１１２は、タービンエンジン１０の部分を選択的に冷却するように、第１のバルブ１０８の作動を制御する。より具体的には、コントローラ１１２は、冷却流体が被加熱構成要素を冷却するために冷却剤リザーバ１０２から冷却装置１０４に導かれるように、タービンエンジン１０が停止した後に、第１のバルブ１０８に、作動して開位置になるように命令する。一実施形態では、コントローラ１１２が、タービンエンジン１０に対する完全停止コマンドを受信し、タービンエンジン１０の回転速度が低下すると、コントローラ１１２は、第１のバルブ１０８に、作動して開位置になるように命令する。代替的に、コントローラ１１２が完全停止コマンドを受信した後、コントローラ１１２は、予め設定された時間に、第１のバルブ１０８に、作動して開位置になるように命令する。加えて、代替的に、コントローラ１１２は、タービンエンジン１０内の温度が所定の閾値よりも高い場合に、第１のバルブ１０８に、作動して開位置になるように命令する。例えば、一実施形態では、所定の閾値は、飛行中であってもタービンエンジン１０の予想外の過熱状態を緩和するために、第１のバルブ１０８が作動して開位置になるように選択される。
【００３１】
図３は、タービンエンジン１０と共に使用することができる代替的な冷却システム１１４の概略図である。例示的な実施形態では、冷却システム１１４は、冷却流体源１１６を含む。冷却流体源１１６は、ブースタ圧縮機アセンブリ１４（図１に示す）などのタービンエンジン１０の圧縮機アセンブリと、冷却剤リザーバ１０２と圧縮機アセンブリとの間に結合された空気分離ユニット１１８とを含む。空気分離ユニット１１８は、冷却剤リザーバ１０２および圧縮機アセンブリと流体連通状態で連結される。さらに、以下でより詳細に説明するように、空気分離ユニット１１８は、ブリード空気から窒素または二酸化炭素の少なくとも１つを分離する。このように、空気分離ユニット１１８は、例えば、冷却流体を燃料マニホールドに向かって噴霧するときに使用するための不活性冷却流体の形成を容易にする。
【００３２】
例示的な実施形態では、空気分離ユニット１１８は、ブリード空気の成分を別々の流れに分離することができる吸着型ユニット（例えば、圧力スイング吸着）である。例えば、一実施形態では、空気分離ユニット１１８は、第１の圧力において空気から第１の流体を捕捉し、分離された空気は、空気分離ユニット１１８から排出される。ブリード空気から導出される冷却流体（すなわち、第１の流体）は、第１の圧力よりも低い第２の圧力において空気分離ユニット１１８内の吸着材料から放出され、冷却剤リザーバ１０２に導かれる。空気分離ユニット１１８は、冷却システム１１４が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の吸着材料を含む。例示的な吸着材料としては、アミン系材料ならびに炭素質材料およびゼオライト材料などの物理吸着剤が挙げられるが、これらに限定されない。冷却システム１１４は、冷却剤リザーバ１０２と空気分離ユニット１１８との間に位置決めされた第３のバルブ１２０をさらに含む。
【００３３】
動作中、冷却システム１１４は、タービンエンジン１０が取り付けられている航空機が飛行しているときに、ベースライン構成に設定される。ベースライン構成では、第１のバルブ１０８、第２のバルブ１１０、および第３のバルブ１２０が閉じられる。コントローラ１１２は、タービンエンジン１０の運転状態を監視し、タービンエンジン１０が停止する前のある時点で、コントローラ１１２は、ブリード空気が空気分離ユニット１１８に向かって導かれるように、第２のバルブ１１０に、作動して開位置になるように命令する。一実施形態では、第３のバルブ１２０は、冷却流体をブリード空気から分離するのに十分な空気分離ユニット１１８内のブリード空気の滞留時間を実施するのを容易にするために閉位置にとどまる。例えば、空気分離ユニット１１８は、圧縮機アセンブリからブリード空気の流れを受け取り、ブリード空気から冷却流体を分離し、冷却流体を冷却剤リザーバ１０２に供給する。より具体的には、コントローラ１１２は、空気分離ユニット１１８内のブリード空気の滞留時間を監視し、滞留時間が経過したときに、第３のバルブ１２０に、作動して開位置になるように命令する。このように、冷却流体は、冷却剤リザーバ１０２に向けて導かれ、コントローラ１１２は、冷却剤リザーバ１０２が所定量の冷却流体を充填されると、第２のバルブ１１０および第３のバルブ１２０に、作動して閉位置になるように命令する。
【００３４】
図４は、冷却システム１１４（図３に示す）と共に使用することができる例示的な圧縮装置１２２の概略図である。例示的な実施形態では、冷却剤リザーバ１０２は、冷却剤リザーバ１０２内に超臨界流体を形成するため、または冷却流体を単に加圧するために、内部に収容された冷却流体を圧縮するための圧縮装置１２２を含む。例えば、空気分離ユニット１１８（図１に示す）が二酸化炭素をブリード空気から分離するように構成されているとき、圧縮装置１２２は、冷却流体として使用するための超臨界二酸化炭素の形成を容易にする。二酸化炭素を加圧することは、冷却流体の冷却効率を高めることを容易にする。冷却システム１１４は、冷却剤リザーバ１０２の下流に結合された停止弁１２３をさらに含む。停止弁１２３は、冷却流体が冷却剤リザーバ１０２内に収容されるように、冷却流体を加圧するとき、閉位置にある。
【００３５】
一実施形態では、タービンエンジン１０は、燃料源１２６と、圧縮装置１２２と流体連通状態で結合された燃料供給ライン１２８とを含む燃料供給システム１２４をさらに含む。タービンエンジン１０の通常運転において、燃料供給ライン１２８は、二酸化炭素の臨界圧力よりも大きな圧力で加圧される。このように、燃料供給ライン１２８は、圧縮装置を加圧するために使用され、それによって冷却流体として使用するための超臨界二酸化炭素が形成される。代替的な実施形態では、二酸化炭素は、冷却システム１１４が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の構成を使用して超臨界状態に加圧される。
【００３６】
図５は、タービンエンジン１０（図１に示す）と共に使用することができる例示的な燃料供給システム１２４の概略図である。例示的な実施形態では、燃料供給システム１２４は、燃料源１２６と、燃料源１２６と流体連通して結合された燃料供給ライン１２８と、燃料供給ライン１２８と流体連通して結合された燃料マニホールド１３０とを含む。図示されているように、タービンエンジン１０はまた、燃料マニホールド１３０と流体連通状態で結合された排出物リザーバ１３２を含む。より具体的には、排出ライン１３４および戻りライン１３６が、燃料マニホールド１３０と排出物リザーバ１３２との間に結合される。第４のバルブ１３８が排出ライン１３４に沿って結合され、第５のバルブ１４０が戻りライン１３６に沿って結合される。バルブ１０８、１１０、および１２０と同様に、コントローラ１１２はまた、第４のバルブ１３８および第５のバルブ１４０とも通信するように結合される。
【００３７】
一実施形態では、燃料マニホールド１３０は、エンジン停止後に燃料を排出されて、燃焼器アセンブリ１８（図１に示す）と燃料マニホールド内に収容された燃料との間の熱伝達を制限する。ベースライン構成では、第１のバルブ１０８、第４のバルブ１３８、および第５のバルブ１４０は閉位置にある。動作中、コントローラ１１２は、燃料が排出物リザーバ１３２に排出されるように、エンジン停止後に第４のバルブ１３８に、作動して開位置になるように命令する。次に、コントローラ１１２は、排出物リザーバ１３２が冷却装置１０４からの冷却流体を用いて冷却されるように、第１のバルブ１０８に、作動して開位置になるように命令する。一実施形態では、コントローラ１１２が、完全停止コマンドを受信したとき、または、コントローラ１１２が完全停止コマンドを受信した後の所定の時点において、コントローラ１１２は、第１のバルブ１０８および第４のバルブ１３８に、作動して開位置になるように命令する。コントローラ１１２は、その後、排出物リザーバ１３２内の燃料が冷却されているときに、第１のバルブ１０８および第４のバルブ１３８に、作動して閉位置になるように命令する。エンジンの再始動時に、コントローラ１１２は、冷却された燃料が燃料マニホールドに戻されるように、第５のバルブ１４０に、作動して開位置になるように命令する。
【００３８】
本明細書に記載のシステムおよび方法の例示的な技術的効果は、（ａ）タービンエンジンの構成要素の耐用年数および信頼性が改善すること、（ｂ）流体の劣化およびコークス化ならびにタービンエンジンの回転構成要素の熱変形が制限されること、および（ｃ）エンジンの再始動時間の短縮が促進されることのうちの少なくとも１つを含む。
【００３９】
以上、タービンエンジンおよび関連する構成要素の例示的な実施形態について詳細に説明した。本システムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立かつ別個に利用することができる。例えば、本明細書に記載した構成要素の構成は、他のプロセスと組み合わせて使用されてもよく、本明細書に記載されたターボファンアセンブリおよび関連する方法のみによる実施に限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、タービンエンジン構成要素を冷却することが所望される多くの用途に関連して実施され、利用することができる。
【００４０】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の実施形態の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００４１】
本明細書は、本開示の実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示の実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本明細書に記載した実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
［実施態様１］
タービンエンジン（１０）と共に使用するための冷却システム（１００、１１４）であって、
内部に冷却流体を貯蔵するように構成された冷却剤リザーバ（１０２）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通して結合された冷却装置（１０４）であり、前記冷却装置（１０４）は、前記タービンエンジン（１０）の被加熱構成要素を前記冷却流体によって冷却するように構成されている、冷却装置（１０４）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）から前記冷却装置（１０４）に向かう前記冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブ（１０８）と、
前記第１のバルブ（１０８）と通信するように結合されたコントローラ（１１２）と
を備え、前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の運転状態を監視し、
前記冷却流体が、前記被加熱構成要素を冷却するように、前記タービンエンジン（１０）が停止された後に前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、冷却システム（１００、１１４）。
［実施態様２］
前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の回転速度が低減したとき、前記タービンエンジン（１０）が完全停止コマンドを受信した後の所定の時点、または、前記タービンエンジン（１０）内の温度が閾値よりも大きくなったときのうちの１つにおいて、前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、実施態様１に記載のシステム（１００、１１４）。
［実施態様３］
前記冷却剤リザーバ（１０２）の上流に位置決めされた第２のバルブ（１１０）をさらに備え、前記コントローラ（１１２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体が供給されるように、前記タービンエンジン（１０）が停止する前に前記第２のバルブ（１１０）を作動させて開位置にするようにさらに構成されている、実施態様１に記載のシステム（１００、１１４）。
［実施態様４］
前記システム（１００、１１４）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通するように結合された空気分離ユニット（１１８）をさらに備え、前記空気分離ユニット（１１８）は、空気流を受け取り、空気の少なくとも１つの成分を分離して前記冷却流体を形成し、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体を供給するように構成されている、実施態様１に記載のシステム（１００、１１４）。
［実施態様５］
前記空気分離ユニット（１１８）は、前記空気から窒素または二酸化炭素の少なくとも１つを分離するように構成されている、実施態様４に記載のシステム（１００、１１４）。
［実施態様６］
前記冷却剤リザーバ（１０２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）内の前記冷却流体の圧力を増加させるように構成された圧縮装置（１２２）を備える、実施態様１に記載のシステム（１００、１１４）。
［実施態様７］
タービンエンジン（１０）であって、
冷却流体源（１０６、１１６）と、
前記冷却流体源（１０６、１１６）と流体連通するように結合されている冷却剤リザーバ（１０２）であり、前記冷却剤リザーバ（１０２）は、内部に冷却流体を貯蔵するように構成されている、冷却剤リザーバ（１０２）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）と流体連通して結合された冷却装置（１０４）であり、前記冷却装置（１０４）は、前記タービンエンジン（１０）の被加熱構成要素を前記冷却流体によって冷却するように構成されている、冷却装置（１０４）と、
前記冷却剤リザーバ（１０２）から前記冷却装置（１０４）に向かう前記冷却流体の流れを制御するように構成された第１のバルブ（１０８）と、
前記第１のバルブ（１０８）と通信するように結合されたコントローラ（１１２）と
を備え、前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の運転状態を監視し、
前記冷却流体が、前記被加熱構成要素を冷却するように、前記タービンエンジン（１０）が停止された後に前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、タービンエンジン（１０）。
［実施態様８］
前記冷却流体源（１０６、１１６）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）に向かってブリード空気を流すように構成された圧縮機アセンブリ（１４、１６）を備える、実施態様７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様９］
前記冷却流体源（１０６、１１６）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）および前記圧縮機アセンブリ（１４、１６）と流体連通するように結合された空気分離ユニット（１１８）をさらに備え、前記空気分離ユニット（１１８）は、前記圧縮機アセンブリ（１４、１６）から前記ブリード空気流を受け取り、空気の少なくとも１つの成分を分離して前記冷却流体を形成し、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体を供給するように構成されている、実施態様８に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１０］
前記空気分離ユニット（１１８）は、前記ブリード空気から窒素または二酸化炭素の少なくとも１つを分離するように構成されている、実施態様９に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１１］
前記コントローラ（１１２）は、前記タービンエンジン（１０）の回転速度が低減したとき、前記タービンエンジン（１０）が完全停止コマンドを受信した後の所定の時点、または、前記タービンエンジン（１０）内の温度が閾値よりも大きくなったときのうちの１つにおいて、前記第１のバルブ（１０８）を作動させて開位置にするように構成されている、実施態様７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１２］
前記冷却剤リザーバ（１０２）の上流に位置決めされた第２のバルブ（１１０）をさらに備え、前記コントローラ（１１２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体が供給されるように、前記タービンエンジン（１０）が停止する前に前記第２のバルブ（１１０）を作動させて開位置にするようにさらに構成されている、実施態様７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１３］
前記冷却剤リザーバ（１０２）は、前記冷却剤リザーバ（１０２）内の前記冷却流体の圧力を増加させるように構成された圧縮装置（１２２）を備える、実施態様７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１４］
前記タービンエンジン（１０）は、前記圧縮装置（１２２）と流体連通して結合された燃料供給ライン（１２８）を備える燃料供給システム（１２４）をさらに備え、前記燃料供給ライン（１２８）は、前記圧縮装置（１２２）を加圧するように構成されている、実施態様１３に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１５］
前記タービンエンジン（１０）が停止した後に、前記タービンエンジン（１０）の燃料マニホールド（１３０）から燃料を受け取るように構成された排出物リザーバ（１３２）をさらに備え、前記冷却装置（１０４）は、前記冷却流体を用いて前記排出物リザーバ（１３２）を冷却するように構成されている、実施態様７に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１６］
タービンエンジン（１０）を冷却する方法であって、
前記タービンエンジン（１０）の運転状態を監視するステップと、
前記タービンエンジン（１０）が停止した後に冷却剤リザーバ（１０２）に貯蔵された冷却流体を用いて前記タービンエンジン（１０）の被加熱構成要素を冷却するステップと
を含む、方法。
［実施態様１７］
前記タービンエンジン（１０）の回転速度が低減したとき、前記タービンエンジン（１０）が完全停止コマンドを受信した後の所定の時点、または、前記タービンエンジン（１０）内の温度が閾値よりも大きくなったときのうちの１つにおいて、前記被加熱構成要素を冷却するステップをさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記タービンエンジン（１０）の圧縮機アセンブリ（１４、１６）からのブリード空気の流れを前記冷却剤リザーバ（１０２）に向けて導くステップをさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１９］
前記冷却流体を形成するために空気の少なくとも１つの成分を分離するステップであって、前記冷却流体は窒素または二酸化炭素のうちの１つである、分離するステップと、
前記冷却剤リザーバ（１０２）に前記冷却流体を供給するステップと
をさらに含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記冷却流体の圧力を増加させるために前記冷却剤リザーバ（１０２）内の前記冷却流体を圧縮するステップをさらに含む、実施態様１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００４２】
１０  タービンエンジン
１２  ファンアセンブリ
１４  ブースタ圧縮機アセンブリ
１６  高圧圧縮機アセンブリ
１８  燃焼器アセンブリ
２０  高圧タービンアセンブリ
２２  低圧タービンアセンブリ
２４  ファンブレード
２６  ロータディスク
２８  第１の駆動シャフト
３０  第２の駆動シャフト
３２  吸入口
３４  排出口
３６  中心線
１００  冷却システム
１０２  冷却剤リザーバ
１０４  冷却装置
１０６  冷却流体源
１０８  第１のバルブ
１１０  第２のバルブ
１１２  コントローラ
１１４  冷却システム
１１６  冷却流体源
１１８  空気分離ユニット
１２０  第３のバルブ
１２２  圧縮装置
１２３  停止弁
１２４  燃料供給システム
１２６  燃料源
１２８  燃料供給ライン
１３０  燃料マニホールド
１３２  排出物リザーバ
１３４  排出ライン
１３６  戻りライン
１３８  第４のバルブ
１４０  第５のバルブ
【図１】
2019527313.tif 000003
【図２】
2019527313.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2019527313.tif 000008
2019527313.tif 000009